一種開關磁阻電機調速系統及轉矩脈動抑制方法
【專利摘要】本發明公開了一種開關磁阻電機調速系統及轉矩脈動抑制方法，用于根據速度信號和位置信號對開關磁阻電機進行調速，所述開關磁阻電機調速系統包括速度檢測模塊、位置檢測模塊、控制器、光耦隔離模塊和功率變換模塊。在轉子位置角為某一狀態時，根據期望轉矩和轉子位置角的度數即可求得對應的期望相電流，并根據期望相電流規劃各相電流，各相繞組所產生的轉矩之和等同于期望轉矩，以此來減小轉矩脈動及噪聲，使開關磁阻電機系統可廣泛應用于家用電器、通用工業、伺服與調速系統、牽引電機、高轉速電機、航空航天等領域。
【專利說明】
一種開關磁阻電機調速系統及轉矩脈動抑制方法
技術領域
[0001]本發明涉及開關磁阻電機領域，尤其涉及一種開關磁阻電機調速系統及轉矩脈動抑制方法。
【背景技術】
[0002]開關磁阻電機(SRM)因結構簡單、堅固，制造成本低，調速范圍寬及效率高等優點，使其成為可變速驅動系統中極具潛力的新成員。然而，其定子、轉子的雙凸極結構及開關形式供電電源，使得開關磁阻電機驅動系統(Switched Reluctance Drives)成為一個多變量高度耦合、非線性異常嚴重的系統，運行中轉矩脈動比較明顯，由此引起電機噪聲及轉矩波動，直接影響了 SRM在運行質量要求較高場合的應用，一定程度上限制了 SRM的應用范圍。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術的不足，本發明提供一種開關磁阻電機調速系統及轉矩脈動抑制方法，可減少開關磁阻電機的轉矩脈動及噪聲，使開關磁阻電機系統可廣泛應用于家用電器、通用工業、伺服與調速系統、牽引電機、高轉速電機、航空航天等領域。
[0004]為此，本發明第一方面提供一種開關磁阻電機調速系統，用于根據速度信號和位置信號對開關磁阻電機進行調速，包括速度檢測模塊、位置檢測模塊、控制器、光耦隔離模塊和功率變換模塊。
[0005]所述速度檢測模塊的輸入端連接所述開關磁阻電機，輸出端連接于所述控制器，用于實時檢測所述開關磁阻電機的速度信號并傳輸至所述控制器進行處理。
[0006]所述位置檢測模塊的輸入端連接所述開關磁阻電機，輸出端連接至所述控制器，用于實時檢測所述開關磁阻電機的位置信號并傳輸至所述控制器進行處理。
[0007]所述功率變換模塊通過光耦隔離模塊連接于所述控制器的輸出端，用于根據所述控制器輸出的指令控制其各功率開關的導通與截止以對所述開關磁阻電機進行調速，所述功率變換模塊包括分別控制三相線圈A、B、(:電流通斷的三個開關晶體管Ql、Q2、Q3。
[0008]優選地，每一所述開關晶體管的兩端均并聯有一■極管，當開關晶體管關斷時，對應的二極管可用于對電機電流進行續流。
[0009]本發明第二方面提供一種開關磁阻電機轉矩脈動抑制方法，包括如下步驟:
[0010]S1、上電，系統初始化，設定PffM信號占空比；
[0011]S2、控制器接收速度檢測模塊和位置檢測模塊的電平信號并進行判斷與處理，得到開關磁阻電機的通電相，并依此進行換向控制；
[0012]S3、根據捕捉速度檢測模塊和位置檢測模塊得到的電平信號，得到信號周期，從而計算開關磁阻電機的實際轉速；
[0013]S4、在轉子位置角為某一狀態時，根據期望轉矩和轉子位置角的度數即可求得對應的期望相電流，并根據期望相電流規劃各相電流，各相繞組所產生的轉矩之和等同于期望轉矩，以此來減小轉矩脈動。
[0014]進一步地，所述步驟S2中換向控制包括:
[0015]S21、控制器控制開關晶體管Ql導通，A相線圈電源接通，產生磁通，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯;在磁力的牽引下，轉子開始逆時針轉動，一直到轉子轉到Θ度為止；
[0016]S22、在轉子轉到Θ度前，控制開關晶體管Ql截止，切斷A相電源;在轉子轉到Θ度時，控制開關晶體管Q2導通，接通B相電源，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，在磁力的牽引下，轉子轉到Θ+30度為止；
[0017]S23、在轉子轉到Θ+30度前，控制開關晶體管Q2截止，切斷B相電源;在轉子轉到Θ+30度時，控制開關晶體管Q3導通，接通C相電源，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，轉子繼續轉動，磁力一直牽弓I轉子轉到Θ+60度為止；
[0018]S24、當轉子轉到Θ+60度前，控制開關晶體管Q3截止，切斷C相電源，在轉子轉到Θ+60度時，控制開關晶體管Ql導通，接通A相電源，轉子在磁力的牽引下繼續轉動，轉子在Θ+60度的狀態與前面Θ度開始時一樣，即重復SI至S4，轉子就會不停的旋轉。
[0019]進一步地，當系統發生欠壓、過流和短路等現象時，功率變換模塊會自動發出一個低電平信號，當控制器接收到該低電平信號時產生故障中斷，停止PWM信號的輸出，以保證功率變換模塊和開關磁阻電機的安全。
[0020]轉矩與相電流和轉子位置角的逆函數關系為T= f(i，0)，即相電流i對應于轉矩T和轉子位置角Θ的逆函數關系為I = F1(Td);在轉子位置角為某一狀態時，根據期望轉矩和轉子位置角的度數即可求得對應的期望相電流，并根據期望相電流規劃各相電流，各相繞組所產生的轉矩之和等同于期望轉矩，以此來減小轉矩脈動，從而實現開關磁阻電機瞬時轉矩的有效控制。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明提供的一種開關磁阻電機調速系統的結構框圖；
[0022]圖2為圖1中功率變換模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明的實施例進行詳述。
[0024]請參閱圖1，本發明提供一種開關磁阻電機調速系統，用于根據速度信號和位置信號對開關磁阻電機I進行調速，包括速度檢測模塊23、位置檢測模塊24、控制器21、光耦隔離模塊22和功率變換模塊25。
[0025]所述速度檢測模塊23的輸入端連接所述開關磁阻電機I，輸出端連接于所述控制器21，用于實時檢測所述開關磁阻電機I的速度信號并傳輸至所述控制器21進行處理。
[0026]所述位置檢測模塊24的輸入端連接所述開關磁阻電機I，輸出端連接至所述控制器21，用于實時檢測所述開關磁阻電機I的位置信號并傳輸至所述控制器21進行處理。
[0027]所述功率變換模塊25通過光耦隔離模塊22連接于所述控制器21的輸出端，用于根據所述控制器21輸出的指令控制其各功率開關的導通與截止以對所述開關磁阻電機I進行調速。請參閱圖2，所述功率變換模塊包括分別控制三相線圈A、B、C電流通斷的三個開關晶體管Q1、Q2、Q3。每一所述開關晶體管的兩端均并聯有二極管，即二極管Dl并聯于開關晶體管Ql的兩端，二極管D2并聯于開關晶體管Q2的兩端，二極管D3并聯于開關晶體管Q3的兩端；當開關晶體管關斷時，其對應的二極管可用于對電機電流進行續流。
[0028]系統運行時，包括如下步驟:
[0029]S1、上電，系統初始化，設定PffM信號占空比；
[0030]S2、控制器接收速度檢測模塊和位置檢測模塊的電平信號并進行判斷與處理，得到開關磁阻電機的通電相，并依此進行換向控制；
[0031]S3、根據捕捉速度檢測模塊和位置檢測模塊得到的電平信號，得到信號周期，從而計算開關磁阻電機的實際轉速；
[0032]S4、在轉子位置角為某一狀態時，根據期望轉矩和轉子位置角的度數即可求得對應的期望相電流，并根據期望相電流規劃各相電流，各相繞組所產生的轉矩之和等同于期望轉矩，以此來減小轉矩脈動。
[0033]所述步驟S2中換向控制包括:
[0034]S21、控制器控制開關晶體管Ql導通，A相線圈電源接通，產生磁通，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯;在磁力的牽引下，轉子開始逆時針轉動，一直到轉子轉到Θ度為止；
[0035]S22、在轉子轉到Θ度前，控制開關晶體管Ql截止，切斷A相電源;在轉子轉到Θ度時，控制開關晶體管Q2導通，接通B相電源，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，在磁力的牽引下，轉子轉到Θ+30度為止；
[0036]S23、在轉子轉到Θ+30度前，控制開關晶體管Q2截止，切斷B相電源;在轉子轉到Θ+30度時，控制開關晶體管Q3導通，接通C相電源，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，轉子繼續轉動，磁力一直牽弓I轉子轉到Θ+60度為止；
[0037]S24、當轉子轉到Θ+60度前，控制開關晶體管Q3截止，切斷C相電源，在轉子轉到Θ+60度時，控制開關晶體管Ql導通，接通A相電源，轉子在磁力的牽引下繼續轉動，轉子在Θ+60度的狀態與前面Θ度開始時一樣，即重復SI至S4，轉子就會不停的旋轉。
[0038]當系統發生欠壓、過流和短路等現象時，功率變換模塊會自動發出一個低電平信號，當控制器接收到該低電平信號時產生故障中斷，停止PWM信號的輸出，以保證功率變換模塊和開關磁阻電機的安全。
[0039]轉矩與相電流和轉子位置角的逆函數關系為T= f(i，0)，即相電流i對應于轉矩T和轉子位置角Θ的逆函數關系為I = F1(Td);在轉子位置角為某一狀態時，根據期望轉矩和轉子位置角的度數即可求得對應的期望相電流，并根據期望相電流規劃各相電流，各相繞組所產生的轉矩之和等同于期望轉矩，以此來減小轉矩脈動，從而實現開關磁阻電機瞬時轉矩的有效控制。
[0040]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種開關磁阻電機調速系統，用于根據速度信號和位置信號對開關磁阻電機進行調速，其特征在于，包括速度檢測模塊、位置檢測模塊、控制器、光耦隔離模塊和功率變換模塊，其中: 所述速度檢測模塊的輸入端連接所述開關磁阻電機，輸出端連接于所述控制器，用于實時檢測所述開關磁阻電機的速度信號并傳輸至所述控制器進行處理； 所述位置檢測模塊的輸入端連接所述開關磁阻電機，輸出端連接至所述控制器，用于實時檢測所述開關磁阻電機的位置信號并傳輸至所述控制器進行處理； 所述功率變換模塊通過光耦隔離模塊連接于所述控制器的輸出端，用于根據所述控制器輸出的指令控制其各功率開關的導通與截止以對所述開關磁阻電機進行調速，所述功率變換模塊包括分別控制三相線圈A、B、(:電流通斷的三個開關晶體管Ql、Q2、Q3。2.根據權利要求1所述的一種開關磁阻電機調速系統，其特征在于，每一所述開關晶體管的兩端均并聯有二極管，當開關晶體管關斷時，對應的二極管可用于對電機電流進行續流。3.—種開關磁阻電機轉矩脈動抑制方法，基于如權利要求1至權利要求2所述的開關磁阻電機調速系統，其特征在于，包括如下步驟: 51、上電，系統初始化，設定PWM信號占空比； 52、控制器接收速度檢測模塊和位置檢測模塊的電平信號并進行判斷與處理，得到開關磁阻電機的通電相，并依此進行換向控制； 53、根據捕捉速度檢測模塊和位置檢測模塊得到的電平信號，得到信號周期，從而計算開關磁阻電機的實際轉速； 54、在轉子位置角為某一狀態時，根據期望轉矩和轉子位置角的度數即可求得對應的期望相電流，并根據期望相電流規劃各相電流，各相繞組所產生的轉矩之和等同于期望轉矩，以此來減小轉矩脈動。4.根據權利要求3所述的一種開關磁阻電機轉矩脈動抑制方法，其特征在于，所述步驟S2中換向控制包括: 521、控制器控制開關晶體管Ql導通，A相線圈電源接通，產生磁通，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯;在磁力的牽引下，轉子開始逆時針轉動，一直到轉子轉到Θ度為止； 522、在轉子轉到Θ度前，控制開關晶體管Ql截止，切斷A相電源;在轉子轉到Θ度時，控制開關晶體管Q2導通，接通B相電源，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，在磁力的牽引下，轉子轉到Θ+30度為止； 523、在轉子轉到Θ+30度前，控制開關晶體管Q2截止，切斷B相電源；在轉子轉到Θ+30度時，控制開關晶體管Q3導通，接通C相電源，磁力線從最近的轉子齒極通過轉子鐵芯，轉子繼續轉動，磁力一直牽引轉子轉到Θ+60度為止； 524、當轉子轉到Θ+60度前，控制開關晶體管Q3截止，切斷C相電源，在轉子轉到Θ+60度時，控制開關晶體管Ql導通，接通A相電源，轉子在磁力的牽引下繼續轉動，轉子在Θ+60度的狀態與前面Θ度開始時一樣，即重復SI至S4，轉子就會不停的旋轉。5.根據權利要求3所述的一種開關磁阻電機轉矩脈動抑制方法，其特征在于，轉矩與相電流和轉子位置角的逆函數關系為T = f(i，0)，在轉子位置角為某一狀態時，根據期望轉矩和轉子位置角的度數即可求得對應的期望相電流。6.根據權利要求3所述的一種開關磁阻電機轉矩脈動抑制方法，其特征在于，當系統發生欠壓、過流和短路等現象時，功率變換模塊會自動發出一個低電平信號，當控制器接收到該低電平信號時產生故障中斷，停止PWM信號的輸出，以保證功率變換模塊和開關磁阻電機的安全。
【文檔編號】H02P25/098GK105915152SQ201610256115
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】高強, 金紅心, 李玉俊
【申請人】江蘇新安電器有限公司